1、第 2講 網絡體系構造知識回想l計算機網絡功能計算機網絡功能l因特網的組成因特網的組成l計算機網絡在我國的開展計算機網絡在我國的開展l計算機網絡的定義和分類計算機網絡的定義和分類l性能目的：速度、帶寬、時延、吞吐量性能目的：速度、帶寬、時延、吞吐量本講內容和教學目的l 計算機網絡的體系構造計算機網絡的體系構造l 計算機網絡體系構造的構成計算機網絡體系構造的構成l協議與劃分層次協議與劃分層次l具有五層協議的體系構造具有五層協議的體系構造l實體、協議、效力和效力訪問點實體、協議、效力和效力訪問點lTCP/IP 的體系構造的體系構造l 教學目的教學目的l 了解協議分層設計的根本思想。了解協議分層設計

2、的根本思想。l 根本了解物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層和運用層的功能。根本了解物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層和運用層的功能。l 了解了解TCP/IP體系構造。體系構造。計算機網絡體系構造的構成l 相互通訊的兩個計算機系統必需高度協調任相互通訊的兩個計算機系統必需高度協調任務才行，而這種務才行，而這種“協調是相當復雜的。協調是相當復雜的。 l “分層可將龐大而復雜的問題，轉化為假設分層可將龐大而復雜的問題，轉化為假設干較小的部分問題，而這些較小的部分問題干較小的部分問題，而這些較小的部分問題就比較易于研討和處置。就比較易于研討和處置。 開放系統互連參考模型OSI/RMl 只需遵照只需遵照

3、 OSI 規范，一個系統就可以和位于世界上任何規范，一個系統就可以和位于世界上任何地方的、也遵照這同一規范的其他任何系統進展通訊。地方的、也遵照這同一規范的其他任何系統進展通訊。l 在市場化方面在市場化方面 OSI 失敗的緣由失敗的緣由l OSI 的專家們在完成的專家們在完成 OSI 規范時沒有商業驅動力；規范時沒有商業驅動力；l OSI 的協議實現起來過分復雜，且運轉效率很低；的協議實現起來過分復雜，且運轉效率很低；l OSI 規范的制定周期太長，因此使得按規范的制定周期太長，因此使得按 OSI 規范消費的規范消費的設備無法及時進入市場；設備無法及時進入市場；l OSI 的層次劃分并也不太合

4、理，有些功能在多個層次中的層次劃分并也不太合理，有些功能在多個層次中反復出現。反復出現。 協議l 計算機網絡中的數據交換必需遵守事先商定好的規那計算機網絡中的數據交換必需遵守事先商定好的規那么。么。 l 這些規那么明確規定了所交換的數據的格式以及有關這些規那么明確規定了所交換的數據的格式以及有關的同步問題同步含有時序的意思。的同步問題同步含有時序的意思。l 網絡協議網絡協議(network protocol)，簡稱為協議，是為進展，簡稱為協議，是為進展網絡中的數據交換而建立的規那么、規范或商定。網絡中的數據交換而建立的規那么、規范或商定。 l 網絡協議的組成要素網絡協議的組成要素l 語法語法

5、l 數據與控制信息的構造或格式數據與控制信息的構造或格式 。 l 語義語義 l 需求發出何種控制信息，完成何種動作以及做出何種需求發出何種控制信息，完成何種動作以及做出何種呼應。呼應。 l 同步同步 l 事件實現順序的詳細闡明。事件實現順序的詳細闡明。劃分層次的概念舉例 l 主機主機 1 向主機向主機 2 經過網絡發送文件。經過網絡發送文件。l 可以將要做的任務進展如下的劃分。可以將要做的任務進展如下的劃分。l 第一類任務與傳送文件直接有關。第一類任務與傳送文件直接有關。l 確信對方已做好接納和存儲文件的預備。確信對方已做好接納和存儲文件的預備。l 雙方協調好一致的文件格式。雙方協調好一致的文

6、件格式。l 兩個主機將文件傳送模塊作為最高的一層兩個主機將文件傳送模塊作為最高的一層 。剩下的任務由下面的模塊擔任。剩下的任務由下面的模塊擔任。主機交換文件表示圖文件傳送模塊主機 1主機 2文件傳送模塊只看這兩個文件傳送模塊好似文件及文件傳送命令是按照程度方向的虛線傳送的把文件交給下層模塊進展發送把收到的文件交給上層模塊通訊效力模塊 文件傳送模塊主機 1主機 2文件傳送模塊只看這兩個通訊效力模塊好似可直接把文件可靠地傳送到對方把文件交給下層模塊進展發送把收到的文件交給上層模塊通訊效力模塊通訊效力模塊網絡接入模塊 文件傳送模塊主機 1主機 2文件傳送模塊通訊效力模塊通訊效力模塊網絡接入模塊網絡接

7、入模塊通訊網絡網絡接口網絡接口網絡接入模塊擔任做與網絡接口細節有關的任務例如，規定傳輸的幀格式，幀的最大長度等。分層的益處及各層要完成的功能l 分層的益處分層的益處l 各層之間是獨立的各層之間是獨立的l 靈敏性好靈敏性好l 構造上可分割開構造上可分割開l 易于實現和維護易于實現和維護l 能促進規范化任務能促進規范化任務l 各層要完成的功能各層要完成的功能l 過失控制過失控制l 流量控制流量控制l 分段與重裝分段與重裝l 復用與分用復用與分用l 銜接建立與釋放銜接建立與釋放計算機網絡的體系構造 l 計算機網絡的體系構造計算機網絡的體系構造(architecture)l 是計算機網絡的各層及其協議

8、的是計算機網絡的各層及其協議的集合。集合。 l 體系構培育是這個計算機網絡及體系構培育是這個計算機網絡及其部件所應完成的功能的準確定其部件所應完成的功能的準確定義。義。l 實現實現(implementation)是遵照這是遵照這種體系構造的前提下用何種硬件種體系構造的前提下用何種硬件或軟件完成這些功能的問題。或軟件完成這些功能的問題。l 體系構造是籠統的，而實現那么體系構造是籠統的，而實現那么是詳細。是詳細。l 右圖是右圖是ISO/OSIOpen Systems Interconnection) 七層參考模型。七層參考模型。 OSI參考模型各層的功能l運用層運用層l各種運用：網絡虛擬終端、各種

9、運用：網絡虛擬終端、SMTP、文件傳輸、，、文件傳輸、，EMAIL等等 l表示層表示層l完成特定的常見的功能，關懷所傳輸信息的語法和語義。完成特定的常見的功能，關懷所傳輸信息的語法和語義。 l數據緊縮、數據轉換、數據加密。數據緊縮、數據轉換、數據加密。l會話層會話層l為會話用戶提供一個建立銜接及在上按順序傳送數據的方法。為會話用戶提供一個建立銜接及在上按順序傳送數據的方法。 會話銜接與傳輸層有差別，會話銜接與傳輸層有差別，前者需雙方贊同才可中斷銜接，后者可一方中斷，有如。前者需雙方贊同才可中斷銜接，后者可一方中斷，有如。l傳輸層傳輸層l目的是在源端與目的端之間建立可靠的端到端效力。目的是在源端

10、與目的端之間建立可靠的端到端效力。l隔離網絡的上下層協議，使得網絡運用與下層無關。隔離網絡的上下層協議，使得網絡運用與下層無關。 l在網絡中擔任相當于鏈路層的錯誤控制，流量控制及順序問題。在網絡中擔任相當于鏈路層的錯誤控制，流量控制及順序問題。 l銜接效力銜接效力lTCP：面向銜接的協議，數據傳輸的單位是報文段，提供可靠交付。：面向銜接的協議，數據傳輸的單位是報文段，提供可靠交付。lUDP：無銜接的協議，數據傳輸的單位是用戶數據報，不保證可靠的傳輸。：無銜接的協議，數據傳輸的單位是用戶數據報，不保證可靠的傳輸。OSI參考模型各層的功能(續)l 網絡層網絡層l 確定分組從源端到目的端如何選擇路由

11、確定分組從源端到目的端如何選擇路由.l 尋址、途徑交換、擁塞控制、網絡互連尋址、途徑交換、擁塞控制、網絡互連l 傳輸單位是分組傳輸單位是分組(Packet)，由于網絡層運用，由于網絡層運用IP協議，也叫做協議，也叫做IP數據報。數據報。l 數據鏈路層數據鏈路層l 加強物理層的傳輸原始比特的功能，建立一條無過失的傳輸線路。加強物理層的傳輸原始比特的功能，建立一條無過失的傳輸線路。 l 將物理層傳輸的比特組合成幀，確定幀邊境及過失糾正。將物理層傳輸的比特組合成幀，確定幀邊境及過失糾正。 l 數據幀、確認幀、識別幀邊境、流量調理機制。數據幀、確認幀、識別幀邊境、流量調理機制。l 傳輸單位是幀傳輸單位

12、是幀(Frame)l 物理層物理層l 涉及通訊在信道上傳輸的原始比特流。涉及通訊在信道上傳輸的原始比特流。 l 處置機械的、電氣的和過程的接口，以及物理層下的物理傳輸介質等問題。處置機械的、電氣的和過程的接口，以及物理層下的物理傳輸介質等問題。l /wiki/OSI_model 具有五層協議的體系構造 l TCP/IP 是四層的體系構造是四層的體系構造l 運用層、運輸層、網際層和網絡接口層。運用層、運輸層、網際層和網絡接口層。l 網絡接口層并沒有詳細內容。因此往往采取折中的方法，即綜合網絡接口層并沒有詳細內容。因此往往采取折中的方法，即綜合 OSI 和和 TCP

13、/IP 的優點，采用一種只需五層協議的體系構造的優點，采用一種只需五層協議的體系構造 。l 運用層運用層(application layer) l 運輸層運輸層(transport layer) l 網絡層網絡層(network layer) l 數據鏈路層數據鏈路層(data link layer) l 物理層物理層(physical layer) l /wiki/TCP/IP_model主機 1 向主機 2 發送數據 5432154321主機 1AP2AP1主機 2運用進程數據先傳送到運用層加上運用層首部，成為運用層 PDU主機 1 向主機 2 發送數據 5

14、432154321主機 1AP2AP1主機 2運用層 PDU 再傳送到運輸層加上運輸層首部，成為運輸層報文主機 1 向主機 2 發送數據 5432154321主機 1AP2AP1主機 2運輸層報文再傳送到網絡層加上網絡層首部，成為 IP 數據報或分組主機 1 向主機 2 發送數據 5432154321主機 1AP2AP1主機 2IP 數據報再傳送到數據鏈路層加上鏈路層首部和尾部，成為數據鏈路層幀主機 1 向主機 2 發送數據 5432154321主機 1AP2AP1主機 2數據鏈路層幀再傳送到物理層最下面的物理層把比特流傳送到物理媒體主機 1 向主機 2 發送數據 l 運用層運用層(appli

15、cation layer) 5432154321物理傳輸媒體主機 1AP2AP1電信號或光信號在物理媒體中傳播從發送端物理層傳送到接納端物理層主機 2主機 1 向主機 2 發送數據 5432154321主機 1AP2AP1主機 2物理層接納到比特流，上交給數據鏈路層主機 1 向主機 2 發送數據 5432154321主機 1AP2AP1主機 2數據鏈路層剝去幀首部和幀尾部取出數據部分，上交給網絡層主機 1 向主機 2 發送數據 5432154321主機 1AP2AP1主機 2網絡層剝去首部，取出數據部分上交給運輸層主機 1 向主機 2 發送數據 5432154321主機 1AP2AP1主機 2

16、運輸層剝去首部，取出數據部分上交給運用層主機 1 向主機 2 發送數據 5432154321主機 1AP2AP1主機 2運用層剝去首部，取出運用程序數據上交給運用進程主機 1 向主機 2 發送數據 5432154321主機 1AP2AP1主機 2我收到了 AP1 發來的運用程序數據！主機 1 向主機 2 發送數據 5432154321主機 1AP2AP1主機 2應 用 程 序 數 據運用層首部H510100110100101 比 特 流 110101110101留意察看參與或剝去首部尾部的層次應 用 程 序 數 據H5應 用 程 序 數 據H4H5應 用 程 序 數 據H3H4H5應 用 程

17、序 數 據H4運輸層首部H3網絡層首部H2鏈路層首部T2鏈路層尾部主機 1 向主機 2 發送數據 5432154321主機 1AP2AP1主機 210100110100101 比 特 流 110101110101計算機 2 的物理層收到比特流后交給數據鏈路層H2T2H3H4H5應 用 程 序 數 據H3H4H5應 用 程 序 數 據主機 1 向主機 2 發送數據 5432154321主機 1AP2AP1主機 2數據鏈路層剝去幀首部和幀尾部后把幀的數據部分交給網絡層H2T2H3H4H5應 用 程 序 數 據H4H5應 用 程 序 數 據H3H4H5應 用 程 序 數 據主機 1 向主機 2 發送

18、數據 5432154321主機 1AP2AP1主機 2網絡層剝去分組首部后把分組的數據部分交給運輸層H5應 用 程 序 數 據H4H5應 用 程 序 數 據主機 1 向主機 2 發送數據 5432154321主機 1AP2AP1主機 2運輸層剝去報文首部后把報文的數據部分交給運用層應 用 程 序 數 據H5應 用 程 序 數 據主機 1 向主機 2 發送數據 5432154321主機 1AP2AP1主機 2運用層剝去運用層 PDU 首部后把運用程序數據交給運用進程主機 1 向主機 2 發送數據 5432154321主機 1AP2AP1主機 2我收到了 AP1 發來的運用程序數據！實體、協議、效

19、力和效力訪問點 l 實體實體(entity) l 表示任何可發送或接納信息的硬件或軟件進表示任何可發送或接納信息的硬件或軟件進程。程。 l 協議協議l 是控制兩個對等實體進展通訊的規那么的集是控制兩個對等實體進展通訊的規那么的集合。合。 l 在協議的控制下，兩個對等實體間的通訊使在協議的控制下，兩個對等實體間的通訊使得本層可以向上一層提供效力。得本層可以向上一層提供效力。l 要實現本層協議，還需求運用下層所提供的要實現本層協議，還需求運用下層所提供的效力。效力。 實體、協議、效力和效力訪問點(續l 本層的效力用戶只能看見效力而無法看見下面的協議。本層的效力用戶只能看見效力而無法看見下面的協議。

20、l 下面的協議對上面的效力用戶是透明的。下面的協議對上面的效力用戶是透明的。 l 協議是協議是“程度的，即協議是控制對等實體之間通訊的程度的，即協議是控制對等實體之間通訊的規那么。規那么。l 效力是效力是“垂直的，即效力是由下層向上層經過層間接垂直的，即效力是由下層向上層經過層間接口提供的。口提供的。l 同一系統相鄰兩層的實體進展交互的地方，稱為效力同一系統相鄰兩層的實體進展交互的地方，稱為效力訪問點訪問點 SAP (Service Access Point)。 實體、協議、效力和效力訪問點協議(n + 1)SAPSAP交換原語交換原語實體(n + 1)效力提供者第 n 層第 n + 1 層實

21、體(n + 1)效力用戶實體(n)實體(n)協議(n)協議評價規范l 協議必需把一切不利的條件事先都估計到，協議必需把一切不利的條件事先都估計到，而不能假定一切都是正常的和非常理想的。而不能假定一切都是正常的和非常理想的。 l 看一個計算機網絡協議能否正確，不能光看看一個計算機網絡協議能否正確，不能光看在正常情況下能否正確，而且還必需非常仔在正常情況下能否正確，而且還必需非常仔細地檢查這個協議能否應付各種異常情況。細地檢查這個協議能否應付各種異常情況。 協議舉例l 占據東、西兩個山頂的藍軍占據東、西兩個山頂的藍軍1和藍軍和藍軍2與駐扎在山谷的白軍與駐扎在山谷的白軍作戰。作戰。l 其力量對比是：

22、單獨的藍軍其力量對比是：單獨的藍軍1或藍軍或藍軍2打不過白軍，但藍軍打不過白軍，但藍軍1和藍軍和藍軍2協同作戰那么可戰勝白軍。協同作戰那么可戰勝白軍。l 現藍軍現藍軍1擬于次日正午向白軍發起攻擊。于是用計算機發擬于次日正午向白軍發起攻擊。于是用計算機發送電文給藍軍送電文給藍軍2。l 但通訊線路很不好，電文出錯或喪失的能夠性較大沒有但通訊線路很不好，電文出錯或喪失的能夠性較大沒有可運用。因此要求收到電文的友軍必需送回一個確認電可運用。因此要求收到電文的友軍必需送回一個確認電文。但此確認電文也能夠出錯或喪失。文。但此確認電文也能夠出錯或喪失。l 試問能否設計出一種協議使得藍軍試問能否設計出一種協議使得藍軍1和藍軍和藍軍2可以實現協同可以實現協同作戰因此一定即作戰因此一定即100 %而不是而不是99.999%獲得勝利？獲得勝利？ 贊同收到：收到“贊同TCP/IP的體系構造運用層運輸層網際層網絡接口層主機A主機B路由器網絡 2網絡 1運用層運輸層網際層網絡接口層網際層網絡接口層4321路由器在轉發分組時最高只用到網絡層而沒有運用運輸層和運用層。 沙漏計時器外形的TCP/IP協議族 SMTPDNSRTPTCPUDPIP網際層網絡